木質纖維素是(shi)一(yi)種由纖(xian)維(wei)(wei)素、半(ban)纖(xian)維(wei)(wei)素和(he)木(mu)(mu)質(zhi)素組成的(de)聚合物.其(qi)中，木(mu)(mu)質(zhi)素最難降(jiang)解，且在(zai)厭(yan)氧條件下無法實現有效(xiao)降(jiang)解;而(er)纖(xian)維(wei)(wei)素和(he)半(ban)纖(xian)維(wei)(wei)素相對容易降(jiang)解并轉(zhuan)化.如果能(neng)實現木(mu)(mu)質(zhi)纖(xian)維(wei)(wei)素其(qi)中2組分(fen)(纖(xian)維(wei)(wei)素、半(ban)纖(xian)維(wei)(wei)素)完全降(jiang)解，不僅(jin)污泥(ni)能(neng)源轉(zhuan)化率將會提高，而(er)且也會對污泥(ni)減量(liang)起到一(yi)定的(de)促進(jin)作用(yong).污泥(ni)厭(yan)氧消化實踐表明，傳(chuan)統厭(yan)氧消化幾(ji)乎(hu)對木(mu)(mu)質(zhi)纖(xian)維(wei)(wei)素沒(mei)有降(jiang)解.這表明，傳(chuan)統厭(yan)氧消化系(xi)統中很少或幾(ji)乎(hu)不存在(zai)降(jiang)解復雜化學結(jie)構(gou)木(mu)(mu)質(zhi)纖(xian)維(wei)(wei)素的(de)微生物.

面(mian)對(dui)上(shang)(shang)述(shu)實(shi)(shi)(shi)際(ji)情況(kuang)，本研究旨(zhi)在(zai)(zai)(zai)通過微(wei)生(sheng)物(wu)富(fu)集(ji)培養(yang)方法(fa)去探知消化污(wu)泥中(zhong)是(shi)否存(cun)在(zai)(zai)(zai)可(ke)降(jiang)解纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)/半纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)的厭氧微(wei)生(sheng)物(wu)，為后續研究污(wu)泥中(zhong)木質(zhi)纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)厭氧生(sheng)物(wu)降(jiang)解奠定實(shi)(shi)(shi)驗基礎.如上(shang)(shang)述(shu)，纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)和半纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)生(sheng)物(wu)降(jiang)解相(xiang)對(dui)容易，這是(shi)因為這2種(zhong)組分(fen)在(zai)(zai)(zai)結構上(shang)(shang)具有(you)一定的相(xiang)似(si)性，如木聚(ju)糖(tang)(半纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)主要(yao)成(cheng)分(fen))和纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)都是(shi)由單糖(tang)經β-1，4糖(tang)苷鍵(jian)鏈接而成(cheng)，它們的降(jiang)解均(jun)是(shi)依靠胞外酶打破β-1，4糖(tang)苷鍵(jian)而實(shi)(shi)(shi)現(xian).可(ke)見，可(ke)以通過富(fu)集(ji)培養(yang)降(jiang)解一種(zhong)物(wu)質(zhi)的微(wei)生(sheng)物(wu)便可(ke)實(shi)(shi)(shi)現(xian)對(dui)木質(zhi)纖(xian)維(wei)素(su)(su)(su)(su)(su)2種(zhong)組分(fen)的同步降(jiang)解.本研究中(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)富(fu)集(ji)培養(yang)實(shi)(shi)(shi)驗也就由此開始.

2 實驗材料與方法

2.1 種泥與基質

富集培養木質纖維素厭氧(yang)生物種泥(ni)(ni)分別取自(zi)北京市某(mou)大(da)型市政污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠剩余(yu)(yu)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(實(shi)(shi)(shi)際(ji)污(wu)(wu)泥(ni)(ni))與實(shi)(shi)(shi)驗室(shi)發酵(jiao)罐中厭氧(yang)培養污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(消化污(wu)(wu)泥(ni)(ni)).實(shi)(shi)(shi)際(ji)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)為(wei)污(wu)(wu)水(shui)處(chu)理(li)廠脫(tuo)水(shui)后污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(含水(shui)率：80%)，實(shi)(shi)(shi)驗時按(an)需(xu)要濃度(du)進行(xing)兌水(shui)稀釋.消化污(wu)(wu)泥(ni)(ni)原污(wu)(wu)泥(ni)(ni)來源于實(shi)(shi)(shi)驗室(shi)一合成(cheng)配水(shui)的(de)SBR脫(tuo)氮除磷中試(shi)裝置剩余(yu)(yu)污(wu)(wu)泥(ni)(ni);用(yong)于消化污(wu)(wu)泥(ni)(ni)培養的(de)發酵(jiao)罐工作體(ti)積為(wei)4 L，在(zai)T=35 ℃、SRT=20 d、pH=7.0工況下運行(xing).

選擇木(mu)聚(ju)糖作為木(mu)質纖維素(su)降解微(wei)生物富集培養的唯一(yi)基質，因為它相對于纖維素(su)來說(shuo)，結構(gou)疏松(song)，無晶(jing)體結構(gou)，聚(ju)合度低(di)，較容易(yi)被降解.

2.2 富集(ji)培養系統

富集培(pei)養(yang)(yang)采用系(xi)列平行搖(yao)瓶實(shi)驗(yan)，配(pei)備有密(mi)封橡膠塞的250 mL血清瓶作為富集培(pei)養(yang)(yang)系(xi)統.血清瓶置于空(kong)氣浴(yu)恒溫搖(yao)床(T=35 ℃;搖(yao)動速度100 r ˙ min-1)內進行實(shi)驗(yan).

兩種不同來(lai)源的種泥(ni)(ni)在血(xue)清瓶中的污(wu)(wu)泥(ni)(ni)濃度分別(bie)為(wei)：①實際污(wu)(wu)泥(ni)(ni)：MLSS≈22.28 g ˙ L-1，MLVSS≈14.56 g ˙ L-1;②消化污(wu)(wu)泥(ni)(ni)：MLSS≈22.37 g ˙ L-1，MLVSS≈17.69 g ˙ L-1.兩種污(wu)(wu)泥(ni)(ni)分別(bie)設置3個平行(xing)樣(yang)(編號：1、2、3)，并各(ge)設置1個不加(jia)基質的空白樣(yang)瓶.實驗中，以6 d作為(wei)1個周期進行(xing)底(di)物置換，并進行(xing)相(xiang)應指標(biao)檢測，具體實驗方案列于表 1.細(xi)菌培養所需微量元素通過(guo)向血(xue)清瓶分別(bie)添加(jia)DIN EN ISO 11734 L47(簡稱(cheng)L47)和DIN EN ISO 11734(簡稱(cheng)M)培養液來(lai)補(bu)充，其成分見(jian)表 2.

表1 微生物富集培養實驗方案(an)

表2 培養液組成

在(zai)富(fu)集(ji)實驗伊始，即使(shi)存在(zai)木(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)降(jiang)解(jie)(jie)(jie)類微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)，它們也不(bu)是優勢菌種(zhong).所以，木(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)如能(neng)降(jiang)解(jie)(jie)(jie)，首先會(hui)(hui)形成(cheng)單糖(tang)(tang)，隨后會(hui)(hui)被占優勢的(de)(de)(de)(de)產(chan)甲(jia)烷菌轉化(hua)為CH4和(he)CO2.因此(ci)，可(ke)根據血清(qing)瓶產(chan)氣情況來作為木(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)是否降(jiang)解(jie)(jie)(jie)之指示.另外(wai)，木(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)降(jiang)解(jie)(jie)(jie)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)主要(yao)是以分泌(mi)胞(bao)外(wai)酶的(de)(de)(de)(de)形式來水解(jie)(jie)(jie)木(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)，且胞(bao)外(wai)酶之活(huo)性(xing)又與(yu)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)呈(cheng)正比.故此(ci)，系(xi)統中(zhong)的(de)(de)(de)(de)木(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)酶活(huo)性(xing)可(ke)用作為一種(zhong)指標，以此(ci)判(pan)斷(duan)系(xi)統中(zhong)木(mu)聚(ju)糖(tang)(tang)降(jiang)解(jie)(jie)(jie)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)活(huo)性(xing).